(57)【要約】【課題】従来では別々のセンサを使って、異なる検出メカニズムを用いてノックや失火を検出しているため、制御装置１内での演算負荷が高いことが課題であった。また内燃機関の効率向上の観点から点火時期を遅らせる方向の幅を少なくすることが有効であるが、このためにはトレースノックを検出する必要があった。【解決手段】イオンセンサを用いて燃焼室内で発生する燃焼イオンを検出し、このイオン信号を積分して積分信号を求め、この積分信号を失火判定値及び過去の所定サイクル数の積分信号を平均化した信号に基づいたノック判定値と比較してノック及び失火を判定するようにした。失火及びノックを同一のイオンセンサで検出して同一の判定機能ロジックで判定処理することで演算負荷が軽減でき、しかもノック判定閾値の設定によりトレースノックの検出が可能となるため点火時期制御の高精度化が可能となる。【選択図】図８
2013189923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定しイオン信号を積分する積分手段と、前記イオン信号の積分値を過去の所定の燃焼サイクル数にわたって平均化してバックグランドレベルを求めるバックグランドレベル生成手段と、前記バックグランドレベルより定まる所定の閾値と瞬時のイオン信号積分値を比較して瞬時のイオン信号積分値が前記所定の閾値を超えている場合をノックと判定するノック判定手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定しイオン信号を積分する積分手段と、失火を検出するための予め定めた所定の閾値と瞬時のイオン信号積分値を比較して瞬時のイオン信号積分値が前記所定の閾値を超えている場合を失火と判定する失火判定手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
ノック判定と失火判定を同一の演算処理で行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定してイオン信号のサンプリング開始時期と終了時期を設定し、このサンプリング期間中のイオン信号のピーク値を抽出するイオン信号ピーク値検出手段と、前記イオン信号のピーク値を過去の所定の燃焼サイクル数にわたって平均化してバックグランドレベルを求めるバックグランドレベル生成手段と、前記バックグランドレベルより定まる所定の閾値と瞬時のイオン信号ピーク値を比較して瞬時のイオン信号ピーク値が前記所定の閾値を超えている場合をノックと判定するノック判定手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定しイオン信号を積分する積分手段と、前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定してイオン信号のサンプリング開始時期と終了時期を設定し、このサンプリング期間中のイオン信号のピーク値を抽出するイオン信号ピーク値検出手段と、失火を検出するための予め定めた所定の閾値と瞬時のイオン信号ピーク値を比較して瞬時のイオン信号ピーク値が前記所定の閾値を超えている場合を失火と判定する失火判定手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項４乃至請求項５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
ノック判定と失火判定を同一の演算処理で行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１または請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
ノックと判定した際は前記点火信号生成手段によって点火時期を遅角することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、
シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、
前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定してイオン信号を積分してイオン信号積分値を求める積分手段と、
前記イオン信号積分値を過去の所定の燃焼サイクルにわたって平均化してバックグランドレベルを求めるバックグランドレベル生成手段と、
前記イオン信号積分値を予め定めた失火判定値及び前記バックグランドレベルに基づいたノック判定値と比較してノック及び失火を判定するノック及び失火判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の点火コイルに点火時期と一次コイルへの充電時間を含む点火信号を出力する点火信号生成手段と、
シリンダ内の混合気の燃焼に伴って発生するイオン信号を検知するイオン信号検出手段と、
前記点火信号の遮断後に、所定のディレイ時間を設定してイオン信号のサンプリング開始と終了時期を設定し、このサンプリング期間中のイオン信号のピーク値を抽出するイオン信号ピーク値算出手段と、
前記イオン信号ピーク値を過去の所定の燃焼サイクルにわたって平均化してバックグランドレベルを求めるバックグランドレベル生成手段と、
前記イオン信号ピーク値を予め定めた失火判定値及び前記バックグランドレベルに基づいたノック判定値と比較してノック及び失火を判定するノック及び失火判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記予め定めた失火判定値は運転領域毎に失火判定値が決められていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項８または請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記所定のディレイ時間は前記点火信号の遮断後に最初に現れるイオン信号のピークをマスクできる時間に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項８または請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記バックグランドレベル生成手段は、取り込まれたイオン信号の積分値、或いはピーク値より前に取り込まれた所定の燃焼サイクル数のイオン信号の積分値、或いはピーク値を加算して、この加算されたイオン信号の積分値、或いはピーク値を前記所定の燃焼サイクル数で除算して前記バックグランドレベルを求めることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に気筒内の燃焼状態をイオン信号として検出することで内燃機関のノック状態や失火状態を正確に推定することができる内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費向上のため内燃機関の燃焼効率を改善する試みがされている。その改善技術の１つが高圧縮比化であり、内燃機関の圧縮比を高くすることで内燃機関の熱効率が向上することは理論的に証明されている。
【０００３】
ガソリンを使用した火花点火式の内燃機関では圧縮比を１０前後、ディーゼル式の内燃機関では圧縮比が１８前後に設定されていることから、ディーゼル式の内燃機関の方が火花点火式の内燃機関に比べて熱効率が高いといわれている。ガソリンを使用した火花点火式の内燃機関では、燃焼効率を高くするため圧縮比を大きくすると、この圧縮比の増加に伴ってノック(あるいはノッキングといわれている)という異常燃焼が発生し易くなるため高圧縮比化にもおのずと限界があるといわれている。
【０００４】
そのノックを抑制する技術として排気ガス再循環技術（通常ＥＧＲといわれている）を利用することで、排気ガスを吸気側に還流して燃焼室に再導入して燃焼を緩慢にすることでノックを低減させる手法が提案されている。
【０００５】
これはＥＧＲガス中に含まれる二酸化炭素や窒素酸化物などの不活性成分を燃焼室に多く取り込むことで、空気に対して燃焼に寄与しない作動ガス量を多くすることによって燃焼反応が緩慢になり、燃焼速度を低減することでノックの発生を抑制することを狙っている。
【０００６】
高圧縮比の内燃機関においても排気ガス再循環技術を採用することでノックの発生を抑制することができるので圧縮比を１４前後まで高めることができる。また、この手法は高過給内燃機関にも適用できるものである。
【０００７】
一方、このＥＧＲガスを再導入して燃焼させる手法は、ＥＧＲガスが規定量以上に入りすぎると点火プラグによる着火性の悪化や燃焼速度の低下などにより燃焼が途中で途絶えたり、燃焼が開始されないなどの燃焼不具合を発生させ、この結果、燃焼の品質が悪くなって燃焼サイクルでの燃焼品質のばらつきが大きくなることが報告されている。
【０００８】
従って、排気ガス再循環技術を利用して内燃機関を高圧縮比化するには、異常燃焼であるノックの検知、及び燃焼ばらつき要因となる失火の検知が必要である。少なくともこれらノックと失火を避けなければ内燃機関を高圧縮比化するのは難しい。
【０００９】
このような異常燃焼であるノックの検知、及び燃焼ばらつき要因となる失火を検知する方法として、特開平１１−１５９４３１号公報(特許文献１)にあるように、点火コイル内で失火やノックを判定して制御装置側にその判定結果を出力する技術を提案している。
【００１０】
この技術によれば失火の検出回路、ノックの検出回路を個別に設け、それぞれの検出結果を電圧値として、例えば失火では５Ｖ、通常燃焼では２．５Ｖ、ノックでは０Ｖとして出力し、制御装置はその電圧値から失火やノックを判定することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１５９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
先ず、本発明を説明する前に従来のノック検出方法についての説明とその課題を図面にしたがい説明する。図１は内燃機関の制御装置の構成を示しており、この図を用いて従来のノック検知方法や失火検知手法について説明する。
【００１３】
尚、ここではノックと失火に関する説明を行い、図１については後で発明の実施例を説明する際に更に詳細に説明する。
【００１４】
図１において、参照番号９はノックセンサであり、このノックセンサ９は燃焼室内で発生したノックに伴う圧力振動を内燃機関のシリンダブロックの機械振動として捉えるものである。
【００１５】
このノックセンサ９はノッキングによる振動だけではなく、内燃機関のシリンダブロックに伝わる種々の機械振動をも検出するために、制御装置１は検出された振動を周波数分析してノック成分のみを抽出し、ノックの有無を判定する。
【００１６】
参照番号１１はピストン１２の動きに同期するクランク軸に取り付けられた歯欠けプレートで、例えばクランク角度６°毎に６０個の歯がついている。参照番号１０はクランク角度センサで、歯欠けプレート１１の歯を検出して制御装置１に角度信号や基準信号を送る。制御装置１内ではその信号を基にクランク角度や内燃機関の回転数を算出する。これらの算出値は内燃機関の各種アクチュエータの制御や燃料噴射弁４の噴射制御、点火プラグ７の点火制御に使われる。
【００１７】
失火が発生すると、燃焼サイクルの僅かな回転数の変化として現れるため、その回転数の変化(角速度)を算出して失火と判定する手法が用いられている。
このように、ノックの検出にはノックセンサの信号を周波数分析してノック発生を検知しており、また失火の検出には歯欠けプレートからの角度信号から角度差を求めて失火を検知している。以上に説明した２つの検出手法は、別々のセンサを使って、異なる検出メカニズムを用いてノックや失火を検出しているため、制御装置１内での演算負荷が高いことが課題であった。
【００１８】
また、上述したように特許文献１に記載の技術では、点火コイル内で失火やノックに対応した信号出力を求めて制御装置側に出力する簡単な構成を提案している。つまり、失火の検出回路、ノックの検出回路を設け、それぞれの検出結果を電圧値として、失火では５Ｖ、通常燃焼では２．５Ｖ、ノックでは０Ｖとして出力し、制御装置ではその電圧値から失火やノックを判定するものである。しかしながら、特許文献1に記載の技術はノックの有無を判定するだけで、ノック強度の連続的な変化については検出できないものであった。
【００１９】
そのため、通常燃焼(ノック無し)とヘビーノックの中間状態である「トレースノック」のような状態を検出することができないのが現状であり、燃費向上のための最適制御の観点からは十分とは言えないものであった。
【００２０】
更に、燃費向上のために、内燃機関の点火時期は最適点火時期「MBT(Minimum spark advance for Best Torque)」付近に設定するのが望ましいが、通常ではノック発生を防止するために、MBTタイミングに対して点火時期を遅らせる方向に幅をもたせて点火時期を設定することが多い。内燃機関の効率向上の観点から点火時期を遅らせる方向の幅を少なくすることが有効であるが、このためにはトレースノック(ノックなしの通常燃焼とヘビーノックの間の領域)を検出する必要がある。
【００２１】
本発明の主たる目的は、失火の検出とノックの検出を演算負荷の少ない同一の判定機能ロジックで判定することができ、しかもトレースノックが検出できる内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の特徴は、イオンセンサを用いて燃焼室内で発生する燃焼イオンを検出し、このイオン信号を積分して積分信号を求め、この積分信号を失火判定値及び過去の所定サイクル数の積分信号を平均化した信号に基づいたノック判定値と比較してノック及び失火を判定する、ところにある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、内燃機関燃焼の失火状態及びノック状態を同一のイオンセンサで検出して同一の判定機能ロジックで判定処理することで演算負荷が軽減でき、しかもノック判定閾値の設定によりトレースノックの検出が可能となるため点火時期制御の高精度化が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明になる内燃機関の制御装置が適用される内燃機関システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施例になる内燃機関の制御装置の構成および入出力関係を示す構成図である。
【図３】シリンダ内の燃焼によって生じるイオン信号の測定結果を示すイオン信号測定結果図である。
【図４】点火信号とイオン信号の発生状況をと、イオン信号を使用する領域を説明するための特性図である。
【図５】イオン信号積分値と内燃機関トルクの関係を説明するための特性図である。
【図６】イオン信号積分値とノック強度の関係を説明するための特性図である。
【図７】失火とノックの判定手法を説明するための説明図である。
【図８】図２に示す実施例を実施するための制御フローを示すフローチャート図である。
【図９】本発明の他の実施例になる内燃機関の制御装置の構成および入出力関係を示す構成図である。
【図１０】図９に示す実施例においての点火信号とイオン信号の発生状況と、イオン信号を使用する領域を説明するための特性図である。
【図１１】図９に示す実施例を実施するための制御フローを示すフローチャート図である。
【図１２】イオン信号の判定処理を説明するための第１のタイムチャート図である。
【図１３】イオン信号の判定処理を説明するための第２のタイムチャート図である。
【図１４】イオン信号の判定処理を説明するための第３のタイムチャート図である。
【図１５】イオン信号の判定処理を説明するための第４のタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明するが、図１は本発明が適用される内燃機関の全体システムを示している。
【００２６】
図１において、参照番号１は内燃機関の制御装置であり、空気量センサ２、イオンセンサ８、ノックセンサ９、クランク角度センセ１０や図示しない他のセンサからの信号が入力されるようになっている。これらの入力信号は制御装置１に内蔵されているコンピュータ等によって各種制御アクチュエータの制御量を演算するのに用いられ、ここで演算された制御量は各制御アクチュエータに出力される。
【００２７】
具体的にはスロットル弁３、燃料噴射弁４、吸気可変動弁５、排気可変動弁６、点火プラグ７に高電圧を加える点火コイル１３に制御信号を出力するようになっている。
【００２８】
この種のアクチュエータの基本的な制御等はすでに周知であるので、ここでは詳しい説明は省略する。それでは以下に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２９】
図２は本発明の一実施例になる内燃機関の制御装置（以下、単に制御装置という）の入出力信号の処理ブロックを示した図である。制御装置１内では、各種センサからの入力信号を基に、点火時期演算ブロック１０２で点火時期を算出し、充電時間演算ブロック１０３でその点火に必要なエネルギーである一次電流の充電時間を算出し、これらの点火時期と充電時間を対とした点火信号１４を点火コイル１３に出力する。
【００３０】
点火コイル１３は一次コイル１３Ａと二次コイル１３Ｂで構成されており、一次コイル１３Ａの上端は電源に接続され、下端に点火信号１４が入力されるように構成されている。ここでは一般的に使用されるトランジスタなどの駆動回路の詳細の記載を省略している。
【００３１】
二次コイル１３Ｂの上端は電源に接続され、下端は点火プラグ７と接続されており、点火信号１４が入力されると一次コイル１３Ａに充電が開始され、所定の期間（通常ではクランク角度換算）にわたり充電する。
【００３２】
次に、充電期間を終了すると点火信号１４の遮断に伴って２次コイル１３Ｂに高電圧が発生し、この発生した高電圧で点火プラグ７に火花を飛ばしてシリンダ内の混合気を点火するようになる。
【００３３】
この火花によってシリンダ内に形成された燃焼室の混合気に着火して燃焼が始まり、燃焼室内の圧力が高まることでピストン１２を押し下げ、ピストン１２に連接されているクランク軸を回転させて内燃機関の回転出力として取り出すものである。
【００３４】
このクランク軸の回転数はクランク軸に固定された歯欠けプレート１１に形成された歯数をクランク角度センサ１０が検出して制御装置１に入力されるようになっている。
【００３５】
次にイオン信号の検出のやり方について以下説明すると、燃焼室内の混合気に着火することによって発生した燃焼火炎中には、中間生成物としてのイオンが多数存在する。このイオンを検出するイオンセンサ８からの信号は、制御装置１に入力され、イオン信号処理手段１１１により失火とノックの発生状況が判定される。
【００３６】
ここでイオン信号は種々の形態で検出できるが、ここではイオン信号を電流として検出する実施例を開示している。イオン信号を電流として表すやり方は公知であるのでここでは説明は省略する。
【００３７】
イオン信号処理手段１１１内では、まずイオン信号積分処理ブロック１１２でイオン信号自身の積分処理を行う。この場合、イオン信号はバンドパスフィルタ等を介さずに積分処理が行われる。これは燃焼により発生したイオン成分の総和と燃焼状態を相関付けするための前処理である。
【００３８】
つまり、燃焼は所定時間に亘って継続して行われるが、最初は正常に燃焼していても後半に燃焼が途切れたりする異常燃焼が発生することもあるので、このような燃焼を検出するためにも燃焼期間に亘って燃焼を監視することが必要である。尚、後述するが、この燃焼期間は全燃焼期間でなくても良く、燃焼の進行によって実際に燃焼圧が上昇してその後下降していく選択された期間であっても良い。
【００３９】
ここで、イオン信号積分処理ブロック１１２から出力された信号をイオン信号積分値と呼ぶことにする。このイオン信号積分値は半導体メモリなどで構成される格納部を備えるイオン信号平均値算出処理ブロック１１３に入力され、過去の燃焼サイクルで生じたイオン信号の積分値を数サイクル分加算し、この加算された積分値をそのサイクル数で除算した値をイオン信号積分値の平均値として出力する。
【００４０】
これをイオン信号のバックグランドレベル（これがノック判定値の基礎となる）と呼ぶが、このバックグランドレベルは失火／ノック判定ブロック１１５に入力され、その時のイオン信号積分値と比較されてノックの発生状態が判定される。この失火／ノック判定ブロック１１５内での処理については後述する。
【００４１】
ここで、失火／ノック判定ブロック１１５で判定に使用されるバックグランドレベルの演算では判定される今回のイオン信号積分値は使用されず、判定されるその前のイオン信号積分値を含む数サイクルである。したがって、判定される今回のイオン信号積分値は次回のバックグランドレベルの演算に使用される。
【００４２】
そして、失火／ノック判定ブロック１１５でノックが発生していると判定されるとノック回避制御ブロック１２２で点火時期を遅角させる等の処理を行ってノックを回避し、また失火／ノック判定ブロック１１５で失火が発生していると判定されると失火回避制御ブロック１２３で混合気を濃くしたり、混合気量を増加する等の処理を行って失火を回避する処理を行うようになる。
【００４３】
図３はイオンセンサ８から出力されるイオン信号の測定結果を示しており、比較のため燃焼室内の圧力波形と共に示している。図３から理解できるようにイオン信号には３つのピークが出る特徴がある。
【００４４】
第１のピーク８Ａはイオンセンサ８が点火コイル７に内蔵されている場合に見られる波形で、点火信号１４が入力された際にイオンセンサ８の検出部に電流が流れてイオン信号として出力される。このピーク８Ａは実際には燃焼室内には燃焼火炎は存在しないタイミングなので、これはノイズとして処理する必要がある。
【００４５】
第２のピーク８Ｂは点火信号１４が遮断されて点火プラグ７のギャップ間に火花が飛んだ後に見られる波形で、ギャップ間に火花が飛んでいる間はイオン信号を検出できないものの、その後、燃焼初期火炎中のイオン成分を検出している。しかしながら、この第２のピーク８Ｂは燃焼圧力との相関がなく正確に燃焼を捉えているとは言い難く、ノックや失火の検出には使用できない。
【００４６】
第３のピーク８Ｃは燃焼火炎が燃焼室全体に燃え広がる過程で検出される波形で、燃焼室内の圧力波形ともよく一致していることから、主燃焼部分の火炎中のイオン成分を検出しているといえる。
【００４７】
本発明ではこの第３のピーク８Ｃを所定の燃焼期間として設定して燃焼状態をイオン信号で推定してノックや失火の判定に利用するものである。
【００４８】
図４は、点火信号１４とイオン信号８の関係を示している。時刻Ｔ１で点火信号１４が入力されて一次コイル１３Ａに点火エネルギーを溜めるための充電が開始されるが、その際に図３で説明したノイズ波形である第１ピーク８Ａが観測される。このピーク８Ａは先に述べたとおり、点火信号によるノイズであるためノックや失火の検出には使用しない。
【００４９】
充電時間Δｔ１後の時刻Ｔ２で点火信号１４が遮断され、点火信号１４の遮断後に時間Δｔ２の間で第２のピーク８Ｂが観測される。しかしながらこのピーク８Ｂは上述したように燃焼圧と相関がなく正確な燃焼状態を表していないのでこのピーク８Ｂもノックや失火の検出に使用しないものである。
【００５０】
一方、時間Δｔ２の経過後の時刻Ｔ３から時間Δｔ３を経過後の時刻Ｔ4までの第３のピーク８Ｃは燃焼圧力と相関がとれているため燃焼状態をよく表しており、このピーク８ＣをΔｔ３の期間にわたって順次サンプリングしてイオン信号積分処理ブロック１１２に送り、このイオン信号積分処理ブロック１１２でイオン信号積分値を算出する。
【００５１】
これを今回のイオン信号積分値Ｓ(i)とすると、イオン信号平均値算出処理ブロック１１３では内部に蓄積されている過去のイオン信号積分値、つまり前回のイオン信号積分値Ｓ（ｉ−１）, ２回前のイオン信号積分値Ｓ（ｉ−２）, ３回前のイオン信号積分値Ｓ（ｉ−３）‥‥を含めて平均化処理してバックグランドレベルとして出力し、これをバックグランドレベルＳｈとする。このバックグランドレベルＳｈはノックの検出に用いるものである。
【００５２】
この平均化処理に使用するイオン信号積分値の個数は数サイクルであって、１０サイクルを越えない程度に決められている。
【００５３】
図５は図２に示した本実施例による失火検出を行った結果を示しており、特に定常運転状態で検証した結果である。グラフの横軸は内燃機関のトルクとして正味平均有効圧を表しており、縦軸はイオン信号積分値を表している。
【００５４】
図５で参照番２２は回転数Ｎｅ１で安定した回転ができる領域を示し、また、参照番２３は回転数Ｎｅ２で安定した回転ができる領域を示し、同様に参照番２４も回転数Ｎｅ３で安定した回転ができる領域を示している。
【００５５】
したがって、領域２２乃至領域２４が回転数Ｎｅ１乃至Ｎｅ３での運転状態のバックグランドレベルＳｈを示している。バックグランドレベルＳｈは過去数サイクル分のイオン信号積分値の平均であるため、定常状態では大きな変動は無い。そのため、燃焼状態が安定している時は領域２２乃至領域２４内に収まるようになっている。
【００５６】
このような状態において失火が発生すると、燃焼室内では燃焼火炎が存在しない、或いは存在しても燃焼火炎は貧弱であることからこの燃焼サイクルでのイオン信号積分値Ｓ(i)は小さくなり、予め事前に決めた領域２１内に入る場合は失火と判定できる。
【００５７】
図５にあるように燃焼が不安定化する方向に行くにしたがい各回転数毎にイオン信号積分値の数値は小さくなっていき領域２１に突入すると燃焼がかなり不安定となるので失火と判定する。
【００５８】
図６は同様に図２に示した本実施例によるノック検出を行った結果を示しており、定常運転で検証した結果である。グラフの横軸はノック強度として点火時期を表しており、実験では点火時期を制御してノック強度を変化させており、また縦軸はイオン信号積分値を表している。
【００５９】
グラフの左に行くほど点火時期が進められているのでノック強度が大きくなっていき、最左部はヘビーノックが発生する状態である。ここでも領域２５は所定の回転数域Ｎｅでの通常の燃焼状態の領域を示しており、この領域は所謂ノック無し時のバックグランドレベルＳｈの状態である。
【００６０】
ここで、点火時期を進角していくとノックが発生し始めて燃焼室内の燃焼状態を表わすイオン信号の波形に変化が現れる。ノック強度の変化に応じてイオン信号積分値も変化しており、トレースノック領域からヘビーノック領域において十分な感度を有している。つまり、ノックが発生していない通常燃焼領域２５から順次点火時期を進めていくとイオン信号積分値もこれに追従して増加してヘビーノックの領域に突入するようになっているので、この間で十分にトレースノックを検出することが可能である。
【００６１】
例えば、領域２５の運転状態においてノックが発生すると、燃焼室内の圧力／温度が上昇することから、イオン信号積分値Ｓ(i)は大きくなってバックグランドレベルＳｈを超えた値となる。
【００６２】
このバックグランドレベルＳｈに対して所定値を加算した値、またはバックグランドレベルＳｈに所定の比率（１.０以上の係数）を乗算してノック判定閾値を設けることでノックと判定することができる。また、内燃機関の運転状態毎に許容されるノック強度は異なることから、メモリにノック判定閾値を格納して運転状態毎に参照する方式を採用することもできる。
【００６３】
図７は図２に示した実施例によってノック検出と失火検出に同時に行った時の検証結果である。横軸は時間であって運転状態が緩やかに変化している状態を示しておち、また縦軸はイオン信号積分値を表わしている。
【００６４】
図７において、□印はノックも失火も生じていない正常なイオン信号積分値Ｓ(i)であり、これはバックグランドレベルＳｈ２６を境に所定の範囲に収まっている。また図７で失火判定閾値は破線２７で示しており、これを下回ったイオン信号積分値Ｓ(i)は○印で示して失火と判定している。
【００６５】
更に図７で破線２８はノック判定閾値であり、これは先に述べた通り、バックグランドレベルＳｈに合わせて所定値を加算したり、所定係数を乗算しているのでバックグランドレベルＳｈに合わせて変化するようになる。そして、このノック判定閾値を上回ったイオン信号積分値Ｓ(i)は●印で示してノックと判定している。
【００６６】
図８に図２に示した実施例を実施する失火／ノックの判定フローチャートを示している。
【００６７】
まず、制御装置１はステップ１（以下、ステップを“Ｓ”と記載する）で各種センサからの信号を基に内燃機関の運転状態、例えば電源電圧、回転数、負荷等を読み込み、Ｓ２に進んでこれらの信号から点火時期を算出する。同時にＳ３で充電時間を演算またはマップを参照して充電時間を求める。
【００６８】
次にＳ４に進んで点火信号を生成してこれを点火コイル１３に出力する。その後点火プラグ７により点火動作が行われる。
【００６９】
次にＳ５では点火信号の遮断時から図４にあるΔｔ２のディレイ時間を設定するが、これは図４にあるような考え方を利用して決められる。次にＳ６でイオン信号のサンプリング開始時期Ｔ３を決定し、更にＳ７で終了時期Ｔ４を決定する。これらのステップで図４にあるような第３のピーク８Ｃを含むイオン信号が取り込まれることになる。
【００７０】
したがって、点火動作後からイオンセンサ８が検出した信号をＳ８Ａにおいては決められたサンプリング開始タイミングＴ３とサンプリング終了タイミングＴ４の期間にわたりサンプリングを実施し、その後にＳ８Ｂにて時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の間にサンプリングされたイオン信号を積分してイオン信号積分値（Ｓｉ）を演算する。
【００７１】
次に、Ｓ９で平均化処理を行ってバックグランドレベルＳｈを演算する。このバックグランドレベルＳｈは先に述べた通り、過去の燃焼サイクルで生じたイオン信号の積分値を数サイクル分加算し、この加算された積分値をそのサイクル数で除算した値をイオン信号積分値の平均値として出力する。
【００７２】
また、バックグランドレベルＳｈの演算では判定される今回のイオン信号積分値は使用されず、判定されるその前のイオン信号積分値を含む数サイクルである。したがって、判定される今回のイオン信号積分値は次回のバックグランドレベルの演算に使用される。
【００７３】
次に、Ｓ１０では内燃機関の運転状態に応じたノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）を設定する。これらのノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）の決め方はすでに説明した通りである。尚、ノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）は予め予め設定したマップ値を参照しても良い。
【００７４】
次に、Ｓ１１では今回のイオン信号積分値Ｓ(i)とノック判定閾値（ａ）、失火判定閾値（ｂ）との比較を行い、それぞれの判定条件に合致している場合を夫々ノック或いは失火と判定するようになる。
【００７５】
本実施例に代表される本発明によれば、内燃機関燃焼の失火状態及びノック状態を同一のイオンセンサで検出して同一の判定機能ロジックで判定処理することで演算負荷が軽減でき、しかもノック判定閾値の設定によりトレースノックの検出が可能となるため点火時期制御の高精度化が可能となるものである。
【実施例２】
【００７６】
次に本発明の他の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図９は実施例１で示したイオン信号処理手段１１１のイオン信号積分処理ブロック１１２をイオン信号ピーク検出ブロック１１６に変更した構成である。
【００７７】
この第２実施例の動作は基本的には実施例１と実質同様であるが、上述したようにイオン信号ピーク値検出ブロック１１６を用いた点で異なっている。
【００７８】
それでは簡単に動作を説明すると、図１０は図４と同じイオン信号の波形であり、点火信号１４とイオン信号８の関係を示している。時刻Ｔ１で点火信号１４が入力されて一次コイル１３Ａに点火エネルギーを溜めるための充電が開始されるが、その際に図３で説明したノイズ波形である第１ピーク８Ａが観測される。このピーク８Ａは先に述べたとおり、点火信号によるノイズであるためノックや失火の検出には使用しない。
【００７９】
充電時間Δｔ１後の時刻Ｔ２で点火信号１４が遮断され、点火信号１４の遮断後に時間Δｔ２の間で第２のピーク８Ｂが観測される。しかしながらこのピーク８Ｂは上述したように燃焼圧と相関がなく正確な燃焼状態を表していないのでこのピーク８Ｂもノックや失火の検出に使用しないものである。
【００８０】
一方、時間Δｔ２の経過後の時刻Ｔ３から時間Δｔ３を経過後の時刻Ｔ4までの第３のピーク８Ｃは燃焼圧力と相関がとれているため燃焼状態をよく表しており、このピーク８ＣをΔｔ３の期間にわたって順次サンプリングしてイオン信号ピーク検出ブロック１１６でイオン信号のピーク値を抽出してイオン信号ピーク値Ｐ(i)とする。
【００８１】
イオン信号ピーク値平均処理ブロック１１７では、内部に蓄積されている過去の燃焼サイクルのイオン信号ピーク値Ｐ(i-1),Ｐ(i-2),Ｐ(i-3)‥‥を含めて平均化処理し、バックグランドレベルＰｈとして出力する。
【００８２】
図１１に図９に示した実施例を実施する失火／ノックの判定フローチャートを示している。
【００８３】
まず、Ｓ１で各種センサからの信号を基に内燃機関の運転状態、例えば電源電圧、回転数、負荷等を読み込み、Ｓ２に進んでこれらの信号から点火時期を算出する。同時にＳ３で充電時間を演算またはマップを参照して充電時間を求める。
【００８４】
次にＳ４に進んで点火信号を生成してこれを点火コイル１３に出力する。その後点火プラグ７により点火動作が行われる。
【００８５】
次にＳ５では点火信号の遮断時から図４にあるΔｔ２のディレイ時間を設定するが、これは図１０にあるような考え方を利用して決められる。次にＳ６でイオン信号のサンプリング開始時期Ｔ３を決定し、更にＳ７で終了時期Ｔ４を決定する。これらのステップで図１０にあるような第３のピーク８Ｃを含むイオン信号が取り込まれることになる。
【００８６】
したがって、点火動作後からイオンセンサ８が検出した信号をＳ８Ａにおいては決められたサンプリング開始タイミングＴ３とサンプリング終了タイミングＴ４の期間にわたりサンプリングを実施し、その後にＳ８Ｂにて時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の間にサンプリングされたイオン信号ピーク値（Ｐｉ）を求める。
【００８７】
次に、Ｓ９で平均化処理を行ってバックグランドレベルＰｈを演算する。このバックグランドレベルＰｈは実施例１と同様に、過去の燃焼サイクルで生じたイオン信号のピーク値を数サイクル分加算し、この加算されたピーク値をそのサイクル数で除算した値をイオン信号ピーク値の平均値として出力する。
【００８８】
また、バックグランドレベルＰｈの演算では判定される今回のイオン信号ピーク値は使用されず、判定されるその前のイオン信号ピーク値を含む数サイクルである。したがって、判定される今回のイオン信号ピーク値は次回のバックグランドレベルの演算に使用される。
【００８９】
次に、Ｓ１０では内燃機関の運転状態に応じたノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）を設定する。これらのノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）の決め方はすでに説明した通りである。尚、ノック判定閾値（ａ）と失火判定閾値（ｂ）は予め予め設定したマップ値を参照しても良い。
【００９０】
次に、Ｓ１１では今回のイオン信号ピーク値Ｐ(i)とノック判定閾値（ａ）、失火判定閾値（ｂ）との比較を行い、それぞれの判定条件に合致している場合を夫々ノック或いは失火と判定するようになる。
【００９１】
このように、イオン信号を積分せずにピーク信号を用いるようにすることで、実施例１の効果に加えて制御装置の演算負荷を更に低減できるという新たな効果が期待できる。
【００９２】
尚、実施例２ではイオン信号積分処理ブロック１１２の代わりにイオン信号ピーク値検出ブロック１１６を用いているが、イオン信号積分処理ブロック１１２とイオン信号ピーク値検出ブロック１１６の両方を用いてノックや失火を検出するようにしても良い。
【００９３】
例えばピーク値が所定の判定閾値に達していない場合でも異常燃焼がおこることが予想され、これについてはイオン信号積分値で判定することができ、また逆に積分値が所定の判定閾値に達していない場合でも異常燃焼がおこることが予想され、これについてはイオン信号ピーク値で判定することができるようになる。
【００９４】
次に、イオン信号波形の判定処理のやり方を説明するが、以下の例では実施例１に示すイオン信号積分値を用いる場合の処理方法について説明する。
【００９５】
図１２は通常燃焼状態でのイオン信号と点火信号の関係を示している。イオン信号処理手段１１１では、点火信号１４の遮断後に内部タイマー１及び内部タイマー２を用いて時間Ｗ１と時間Ｗ２を決めて検出ウィンドウを設定する。
【００９６】
この検出ウィンドウは時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の間に該当し、検出ウィンドウ中のイオン信号を積分してイオン信号積分値Ｓ(i)とする。
【００９７】
これに対して、図１３はノック発生時のイオン信号であり、イオン信号自体面積やピーク値が増大している。したがって、イオン信号積分値も大きくなり、この場合は図８で示した検出ロジックでノックと判定されるようになる。
【００９８】
一方、図１４はノック発生時と同規模のイオン信号が観測されているが、検出ウィンドウからはずれており、イオン信号積分値は小さな値となるためノックとは判定しなく、また、同様に図１５はノック発生時と同規模のイオン信号が観測されているが、発生時期が前側にシフトしており、検出ウィンドウ中のイオン信号積分値は小さいためノックと判定しないものである。
【００９９】
以上説明したように、本発明によれば内燃機関燃焼の失火状態及びノック状態を同一のイオンセンサで検出して同一の判定機能ロジックで判定処理することで演算負荷が軽減でき、しかもノック判定閾値の設定によりトレースノックの検出が可能となるため点火時期制御の高精度化が可能となるものである。
【符号の説明】
【０１００】
１…制御装置、２…空気量センサ、３…スロットル弁、４…燃料噴射弁、５…吸気可変動弁、６…排気可変動弁、７…点火プラグ、８…イオンセンサ、９…ノックセンサ、１０…クランク角度センサ、１１…クランクプレート、１２…ピストン、１３…点火コイル、１４…点火信号、２１…失火判定領域、２２、２３、２４、２５、２６…バックグランドレベル、２７…失火判定閾値、２８…ノック判定閾値、１０１…点火信号生成手段、１０２…充電時間決定部、１０３…点火時期決定部、１１１…イオン信号処理手段、１１２…イオン信号積分部、１１３…イオン信号積分値格納部、115…失火／ノック判定部、116…イオン信号ピーク検出部、117…イオン信号ピーク値格納部、１２１…アクチュエータ制御手段、１２２…点火制御部、１２３…可変動弁制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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